Os testes que mostram a operação do conversor em malha aberta foram condu- zidos através do aumento gradativo da tensão de entrada do circuito, com atenção ao comportamento das formas de onda nos componentes.
Para garantir a integridade do protótipo, a potência de operação foi aumentada gradativamente, tendo como meta a operação do conversor em potência nominal de 1500W . No entanto, após feitos testes para potências de 100W , 330W e 550W , observou- se que a sobretensão na chave, causada pela comutação forçada em alta frequência, estava atingindo o limite de tensão indicado pelo fabricante de 200 V .
Essa sobretensão presente na prática não foi observada na simulação, porque as não-idealidades da chave, como indutâncias e capacitâncias intrínsecas, não foram con- sideradas. Visto que para uma potência de operação três vezes menor que a nominal tem-se uma sobretensão tão evidente, considera-se em trabalhos futuros a melhoria do layout da placa de potência (diminuir distância entre o diodo e a chave), ou até mesmo a implementação de um circuito grampeador para limitar esse pico de tensão.
Para restringir, então, os esforços de tensão nos componentes, o testes foram feitos somente até a potência de operação de 550 W . O resultados dos testes em malha aberta para essa potência são exibidos na Figura 58:
Figura 58 – Resultados experimentais do comportamento do conversor Boost para uma tensão de entrada de 66, 1 V .
Fonte: Da autora.
Apesar da sobretensão na chave, é possível ver que as formas de onda nos com- ponentes coincidem com as formas de onda apresentadas na simulação, e reafirmam o funcionamento do conversor Boost descrito no Capítulo 3.
A tensão na entrada de 66, 1 V , ao invés de 60 V , indica que em malha aberta, com uma razão cíclica fixa, o conversor precisa de uma tensão de entrada maior para garantir a tensão de saída de 150 V e a potência de 550 W . Na operação em malha fechada o controle se encarrega de alterar a razão cíclica para manter a tensão de entrada em 60 V . Os dados das tensões e correntes na entrada e saída do circuito obtidos nos testes em malha aberta para a operação em 550 W são apresentadas na Tabela 11. Os valores de corrente e tensão de saída foram medidos por um osciloscópio e um multímetro de bancada, respectivamente, enquanto os valores de entrada foram indicados no visor da fonte de tensão utilizada nos testes.
Tabela 11 – Valores de tensão e corrente médios obtidos no experimento prá- tico para uma potência de operação de 550 W .
Parâmetro Símbolo Simulação Não-ideal Resultado Prático
Tensão na entrada Vin 66 V 66, 1 V
Corrente na entrada Iin 8, 799 A 8, 7 A
Tensão na saída Vo 150 V 150 V
Corrente na saída Io 3, 753 A 3, 52 A
Fonte: Elaborado pela autora.
A diferença entre os valores na entrada e na saída se devem às perdas no circuito, em especial na chave e no indutor, por causa da elevada quantidade de cobre.
6 Conclusões
Ao longo deste documento foi reportada a relevância dos sistemas eólicos no mundo moderno, apontados seus impactos no meio em que são inseridos e detalhadas suas particu- laridades construtivas. Em seguida, foram apresentadas as aplicações dos sistemas eólicos de pequeno porte e desvendado o seu funcionamento através de modelos de simulação.
Nesses modelos, o rastreamento do ponto de operação, responsável por garantir a máxima transferência de potência do vento até uma carga, se mostrou de grande impor- tância para tornar esse tipo de sistema competitivo no mercado de energia.
A aplicação da topologia do conversor CC-CC Boost também se mostrou eficiente na aplicação de sistemas eólico de pequeno porte, conforme comprovado via simulação. Os resultados dos testes do protótipo construído também contribuíram para validar a mode- lagem do circuito proposta no início do Capítulo 4, mesmo essa modelagem considerando um circuito ideal.
No entanto, algumas medidas podem ser tomadas em trabalhos futuros para trans- por os desafios encontrados neste projeto, como:
• Trocar a chave do conversor Boost por outra que tolere tensões mais altas;
• Considerar a melhoria do layout da placa de potência ou implementação de um circuito grampeador;
• Trabalhar na implementação digital do controle do MPPT para operar com o sistema em malha fechada.
É evidente que experimentos práticos com o sistema eólico completo operando em potência nominal seriam muito interessantes para completar a análise proposta por este trabalho. Mas as dificuldades encontradas para realizar tal feito também servem para ressaltar as muitas nuances presentes nos estudos sobre sistemas eólicos, métodos de rastreamento de máxima potência e conversores estáticos, e a importância do seu conhecimento para dominar e desenvolver novas tecnologias nessa área.
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Dados t urbina Enersud Gerar 246 e c urvas de potência 1. Dados da turbina:
Raio da turbina: r:=1.5
Velocidade do vento referência: vnom 12:=
Rotação da máquina em rpm (nominal): ωrpm 700:=
Rotação da máquina em rpm (máxima): ωrpmh:=800
Rotação da máquina em rpm (mínima): ωrpml 150:=
2. Constantes empíricas
Coeficientes livro Heir: C1:=0.5 C3:=0.4 C5:=5
Densidade do ar: ρar 1.225:=
Passo das pás: β:=10
3. Coeficiente de potência
Variação do Tip Speed Rate (TSR): λ:=1 1.1, ..18
λ1 λ( ) 1 λ+0.08β 0.035 β3+1 - :=
Equação 1 livro Heir:
Coeficientes livro Heir: C2 λ( ):=116λ1 λ( ) C6 λ( ):=21λ1 λ( )
Cp λ( ):=C1 C2 λ
(
( )-C3 β -C5)
e-C6 λ( )Equação 2 livro Heir: